[퍼온 글]브레이징 기술 자료

신영식
서경브레이징 대표

 

주요 모재 세척방법

브레이징에 있어서 세척은 대단히 중요한 공정이다. 세척은 크게 브레이징 전에 하는 공정과 브레이징 후에 하는 공정으로 나뉜다. 특히 브레이징 용재의 젖음성, 유동도, 확산 등을 방해하는 인자들은 브레이징 전에 양모재로부터 제거되어야 한다. 이런 인자들이 남아 있다면 브레이징 용재의 흐름성을 방해하며, 또한 기포를 형성할 수 있다.
결과적으로 브레이징 접합면의 강도를 저하시킬 것이다. 보통 불순물로는 오일, 그리스, 윤활재, 물리적인 잔류물(먼지, 외부 물질 등), 금속 산화물, 전작업시의 화합물 등이 있다.
특히 대부분의 금속표면은 공기중에서 산소와 결합하여 산화층을 형성하고 있다. 따라서 이러한 복잡한 불순물을 제거하기 위해 크게 화학적 세척방법과 기계적인 세척방법이 있다.
화학적인 세척방법은 알카리 세척법, 솔벤트 세척법, 기화기름 제거법, 산 세척법 등이 있으며 기계적인 세척방법에는 사포 제거법, 샌드브라스트 제거법, 그라인드 제거법 등 다양하며, 또한 초음파 제거법, 고속 물 분사법도 이 범주에 속한다. 특히 상기 세척법은 한가지로 쓰이기보다는 여러 가지로 섞어서 쓰이는 경우도 많다. 아무튼 주요 모재의 세척방법은 앞에서 잠깐 언급한 적이 있으므로 생략하기로 한다.

 

브레이징 합금

브레이징 합금은 브레이징할 때 용가재(Filler Metal)를 칭한 것으로 450℃ 이상의 융점을 가진다. 특히 브레이징 합금은 경납(Hard Solder), 은납(Siver Solder), 금납(Gold Solder) 등으로 상황에 따라 바뀌어 부르기도 한다. 참고로 브레이징 합금은 다음과 같은 성질을 가져야 한다.
① 모재와 젖음성이 좋아야 한다.
② 적당한 용융점을 가져야 한다.
③ 브레이징시 분해되지 않고 안정한 화합물이어야 한다.
④ 적당한 물리적/기계적 성질을 가져야 한다.
⑤ 모재와 친화력이 있어야 한다. 특히 Brittle하거나 침식(erosion)현상을 일으키지 말아야 한다.

 

●브레이징 합금 선택시 고려사항

참고로 브레이징 합금 선택시 고려사항은 다음과 같다.
① 모재(Base Metal)
모재성분 및 융점을 알아야 할 것이다. 특히 모재의 성분과 브레이징 합금의 반응 등 제반사항이 고려되어야 한다.
② 브레이징 방법
특히 가열방법, 분위기, 플럭스의 종류에 따라 각기 다른 합금의 선택이 가능하다.
③ 합금의 가격
④ 모재의 형상 및 브레이징 합금 형상
⑤ 합금의 융점
브레이징에 있어서 가장 중요한 요소이며 가열조건, 작업방법 등에 심대한 영향을 준다.
⑥ 합금의 용융온도 범위
즉 합금의 고상선(Soldus Temp.)과 액상선(Liquidus Line)과의 차이를 말하는 것으로 합금의 유동도, 브레이징 후 부위형상(Brazing Fillet), 작업성, 브레이징 접합간격과 관련이 많다. 일반적으로 짧은 경우 유동도가 좋고 Brazing Fillet이 적게 형성되며 작업성도 좋고 비교적 브레이징 접합간격이 좁은 곳에 좋다.
브레이징 접합간격이 큰 경우 고상선과 액상선의 차이가 긴 합금을 사용해 주는 것이 좋다.
⑦ 모재와의 친화력
젖음성(Wetting)과 유동도(Flow)를 말하는 것으로 모재의 종류, 표면상태, 브레이징 온도, 분위기와 플럭스 종류에 따라 다르며 작업성에 심대한 영향을 미친다.
⑧ 브레이징 강도
브레이징 후에 어떤 강도를 유지하느냐도 중요한 변수일 것이다.
브레이징 합금 자체의 강도도 중요하나 모재강도, 접합간격, 모재형상, 브레이징 조건에 따라 달라질 수 있다.
⑨ 브레이징 원소
분위기 브레이징이나 진공 브레이징시 브레이징 원소내에 증기압(Vapor Pressure)이 낮은 원소가 포함되어 있을 시 사용하면 안된다.
⑩ 기타
열 전도성, 전기 전도성, 열팽창, 내식성, 색깔 등 다양한 사항을 고려해야 할 것이다.

 

●브레이징 합금의 종류

브레이징 합금의 종류를 알아보도록 하겠으며, 이 합금들은 주로 상용화되어 있는 것을 기초로 알아보기로 한다. 구체적으로 알아보기 전에 주요 브레이징 합금성분의 특징을 알아보고자 한다. 이 밖에도 많은 원소가 사용된다.

- 은(Ag)
융점 960.8℃, 비중 10.5g/cm3
은(Ag)은 브레이징 합금 중에서 가장 유용하고 중요한 원소이며 내식성, 전기 전도도, 열 전도도 등이 우수하다.
은 자체로는 강하지 않으나 다른 원소와 결합하면 강한 강도(strength)를 가진다. 또한 은합금은 용융할 때 강한 침투력을 가지기 때문에 강한 접합면을 얻을 수 있다. 따라서 은은 융점을 낮추고, 젖음성, 가공성 등을 좋게 한다.

- 동(Cu)
융점 1083℃, 비중 8.94g/cm3
동은 브레이징 합금에 있어서 은(Ag) 못지 않은 많은 특징을 가지고 있다. 연성, 열전도성, 도전성, 내부식성, 강한 침투력 등 많은 장점을 가지고 있으나 은보다는 상대적으로 저렴하다. 많은 곳에서 은의 대체품으로 사용된다.
또한 은과는 달리 동은 철, 니켈, 많은 난용성 합금(Refractory Alloy)과 화합 가능하다.
또한 동(Copper)과 은(Silver)을 28:72비율로 화합하면 780℃의 공정합금(Eutectic Alloy)을 형성하며 동이나 은보다 강한 성질을 갖고 연성을 가지며 좋은 침투력을 가진다. 이 합금(Alloy)는 브레이징 합금 중에 뛰어난 특징을 가진 합금 중의 하나이다.

- 아연(Zn)
융점 419.5℃, 비중 7.13g/cm3
아연은 낮은 용융점 때문에 대단히 유용한 금속이며 젖음성을 향상시키고 상대적으로 저가이다. 그러나 아연은 두가지 취약점을 가지고 있다.
하나는 너무 많이 넣으면 취약(Brittle)해지고 낮은 기화점(Vapor)을 가지고 있다는 것이다.
따라서 아연이 함유된 금속을 장시간 가열하거나 높은 온도에서 가열시 브레이징 합금이 파괴될 것이다.

- 카드뮴(Cd)
융점 320.8℃, 비중 8.65g/cm3
아연과 마찬가지로 낮은 융점가 좋은 젖음성(Wetting)을 가지고 있으나 취약성(Brittleness)성과 낮은 기화점(Vapor)을 가지고 있다. 아연보다는 대단히 비싸고 산화물은 독(Poisoness)을 가지고 있다.
따라서 이 합금을 가지고 브레이징하는 경우에는 통풍시설을 잘해야 한다. 카드뮴은 아연보다는 더 좋은 내부식성(Corrosion Resistance)을 가지고 있으며 이것이 때로는 큰 이점이 되기도 한다. 또한 낮은 온도에서 은합금의 유동도를 향상시킨다.

- 인(P)
융점 44.2℃, 비중 2.34g/cm3
인(Phosphorus)은 대단히 활성이 강한 물질이며 동(Copper)과 화합물을 이루는 이유는 크게 두가지이다. 하나는 액상선을 현저히 떨어뜨리고 다른 하나는 높은 화학적 활동 때문이다.
즉 인은 산소를 잡아먹는 강한 산화제 역할을 한다. 인이 용융할 때 용융표면에 넓고 얇은 강한 막(film)을 볼 수 있다. 92.8%Cu/7.2%P의 합금은 강한 인장강도를 가지나 연성이 떨어진다. 이를 보완하기 위한 은(Ag)을 첨가하여 강성 및 취성을 보강한다.

- 니켈(Ni)
융점 1453℃, 비중 90g/cm3
니켈은 은합금에 강성과 인성을 준다. 또한 카바이드(Carbide)와 같이 녹기 힘든 곳에 젖음성을 향상시켜주는 역할을 하고 내부식성을 향상시킨다. 니켈을 함유한 브레이징 합금은 스테인리스 브레이징시 브레이징 계면에 부식을 억제하나 니켈은 고온의 용점을 가지고 있으며 브레이징 합금의 흐름성을 활발하지 못하게 하는 경향이 있다. 이는 오히려 브레이징 간격(Joint Clearence)이 큰 곳에 효과적으로 사용될 수 있다.

- 망간(Mn)
융점 1244℃, 비중 7.74g/cm3
망간은 고융점 금속이나 85%Ag/15%Mn의 비율로 합금되었을시는 융점이 959℃ 정도로 떨어진다. 강하고 연성을 가진 접합면을 만드는데 일조를 하며 스테인리스나 다른 니켈 크롬 합금의 접합시 젖음성(Wetting)을 향상 시킨다. 망간을 함유한 합금은 높은 온도에서도 그대로 강도를 유지하기 때문에 “Two-stage Brazing”시 많이 사용된다.

- 주석(Sn)
융점 231.91℃, 비중 7.29g/cm3
주석은 매우 낮은 융점을 가지므로 합금 융점을 떨어뜨린다.
또한 유동도(Fluidity), 젖음성(Wetting), 침투력(Penetrating Power) 등을 향상시킨다.

- 인듐(in)
융점 156.6℃, 비중 7.31g/cm3
브레이징 합금에 융점을 낮추고 흐름성을 좋게 한다.

- 금(Au)
융점 1063℃, 비중 19.3g/cm3
브레이징 후 색상이 미려하며 내식성이 특히 우수하다.

- 실리콘(Si)
융점 1420℃, 비중 2.42g/cm3
융점을 낮추고 아연의 증기화 현상을 막는다.

- 파라디윰(Pd)
융점 1552℃, 비중 12.02g/cm3
니켈 합금에 대한 젖음성이 우수하며 모재의 입계 침식이 적다.

- 리듐(Li)융점 179℃, 비중 0.534g/cm3
탈산작용에 의해 스테인리스 금속 등에 접합성이 좋다.

 

■은 브레이징 합금
(Siver Brazing Alloy)
은을 함유한 브레이징 합금은 대단히 많으나 지면관계상 가장 범용으로 사용한 Grade만 모아 놓았다.
은 브레이징 합금을 다음 세가지로 나누어 보고자 한다.
① 특수 은 브레이징 합금(Specialized Silver Brazing Alloys)
② 카드뮴없는 은 브레이징 합금(Cadmium Free Silver Brazing Alloys)
③ 카드뮴 은 브레이징 합금(Cadmium Bearing Silver Brazing Alloys)
참고로 은 브레이징 합금은 다음과 같은 특징이 있다.
·브레이징 합금(Brazing Alloy) 가운데 작업온도가 비교적 낮은 작업이 용이하다.
·대단히 좋은 유동성을 갖으며 매끄러운 접합면을 갖고 있다.
·접합강도가 높고 내식성, 열전도성, 도전성 등이 우수하다. 대부분의 금속재료에 접합성이 우수하다.
·비교적 고가이다.

① 특수 은 브레이징 합금
(Specialized Silver Filler Metals)
이 합금들은 카드뮴 합금이나 무함유 합금의 표준 합금에 특정 원소를 첨가하여 특별한 곳에 사용된다.
<그림 1>은 동과 은의 상태도를 나타낸 것이다. 그림에서 보면 28% 동과 78% 은에서 공정 합금을 형성함을 볼 수 있다. <표 1>의 제일 윗쪽 합금이 이에 해당된다.

<그림 1> 동과 은의 상태도

동과 은의 이원 합금 중에서 가장 온도가 낮으며 공정 합금임에 따라 유동도가 대단히 좋은 합금이다.
일례로 50% 은/50% 동의 경우 고상선(Solidus Temp.)이 779℃이고 액상선(Liquidus Temp.)이 860℃이다. 따라서 779℃에서 녹기 시작하여 액상선에 도달할 때까지 완전한 용액이 되지 않을 것이다.
따라서 779℃에서 860℃까지는 고상과 액상이 공존하는 구간이다.

② 카드뮴없는 은 브레이징 합금
(Cadmium Free Silver Brazing Alloys)
이 합금들은 카드뮴 함유 합금이 작업자의 건강에 영향을 미침에 따라 이를 위한 대체품으로 개발된 합금이다. 약간의 은이 함유되어 있으나 유동도와 융점이 비슷하기 때문에 카드뮴 함유 합금의 대체품으로 사용된다.

③ 카드뮴 은 브레이징 합금
(Cadmium Bearing Silver Brazing Alloys)
오랫동안 카드뮴계열 브레이징 합금이 다용되어 왔다.
그러나 카드뮴과 그 산화물이 독성을 가지고 해롭다는 사실은 안후로는 새로운 대체품들이 개발됨에 따라 점차 수요가 전세계적으로 줄어든 추세이다. 그러나 우리나라에서는 아직도 많이 사용되고 있는 것이 사실이다. 만일 카드뮴 합금을 꼭 사용해야 한다면 닥트시설이 잘된 곳에서만 사용해야 된다.
아무튼 작업시 각별히 주의가 필요하다.

④ 인 함유 브레이징 합금
(Phosphorus Bearing Brazing Alloys)
인 함유 브레이징 합금을 주로 동과 동 합금의 접합에 사용되지만 은(Silver), 텅스텐(Tungsten), 몰리브데늄(Molybdenum) 등의 접합에 제한적으로 사용된다.
이 합금은 철이나 니켈 베이스 합금, 니켈이 10% 이상 함유한 동-니켈 합금 등에 사용하지 말아야 한다. 내부식성은 고온에서 황화분위기(Sulfurous atmospheres)내를 제외한 곳에서는 양호하다. 브레이징된 접합면은 150℃까지는 안전하다. 짧은 기간일 경우 200℃까지도 가능하다. 아시다시피 이 합금들은 인(P)의 “Self Fluxing”역할에 의해 동과 동의 접합시 Flux가 필요없다. 단 다음 합금 중 주석(Sn)이 들어간 두 합금은 Flux가 필요하다. 참고로 인의 Flux 역할반응은 다음과 같다.

2Cu3P(인동 화합물)+5Cu2O(동 산화물)
→ P2O5↑+16Cu

상기 반응에서와 같이 인(P)이 산소(O2)를 잡아먹으면서 브레이징시 환원성 분위기를 형성하기 때문에 동과 동의 접합시 플럭스없이 브레이징이 가능하다. 이 합금들은 비교적 저가이다.

⑤ 금, 파라디윰 브레이징 합금
(Gold and Palladium Brazing Alloys)
금-동, 금-니켈-파라디윰 합금은 전자용 부품을 접합하거나 철, 니켈, 코발트 베이스 등 내식성이 요구되는 곳에 많이 이용된다. 이밖에도 항공우주산업, 전기산업, 원자력산업, 장식품, 치과용품에 많이 사용된다.
금의 경우 모재를 침식하는 경향이 있기 때문에 얇은 제품에는 사용하지 않는 것이 좋다. 금 합금은 일반적으로 425℃까지는 사용시 전혀 문제가 없으며 540℃까지는 장시간 가열되지 않는 한 문제가 없다. 이 합금은 대단히 고가이며 좋은 접합강도를 가진다.

⑥ 알루미늄 브레이징 합금
(Aluminum Brazing Alloys)
알루미늄/실리콘 합금은 일반적으로 150℃ 이하에서 사용해야 되며 단기간 가열시 250℃까지 가능하다. <표 6>의 세가지 합금은 브레이징에서 가장 다용되는 합금이며 모재의 용융점과 대단히 근접하기 때문에 브레이징시 기술이 필요하다. 비교적 다른 합금에 비해 유동도가 뛰어나다.

⑦ 동계열 브레이징 합금
(Copper Based Brazing Alloys)

<표 7>의 합금 중 아연 함유 합금은 대기중에서 토치나 유도 가열로 브레이징할 때 사용되는 대부분 고온이기 때문에 로 브레이징(Furnace Brazing)시 많이 사용된다.
이 합금들은 비교적 저가이며 널리 사용되는 합금들이다.

⑧ 니켈 브레이징 합금(Nickel Brazing Alloys)이 합금들은 스텐레이징강이나 니켈계열 브레이징에 많이 사용되며 좋은 내식성을 갖는다. 일반적으로 대부분 진공(Vacuum)이나 분위기 브레이징시 많이 사용된다.

⑨ 세라믹 접합을 위한 합금
(Alloys for the Joining of Ceramics)
메탈라이징(Metallizing)없이 Alumina, silicon, Zirconia, Diamond, Graphite를 포함한 비금속류와 세라믹 코팅된 제품의 접합을 위한 “Active” 브레이징 합금이다.
이밖에도 많은 브레이징 합금이 사용되나 비교적 광범위하게 사용되고 상업화되어 있는 합금들만 언급하였다.

관련 기술 문의 (0345)498-6581

 

<표 1> 특수 은 브레이징 합금

Composition						Temp Range ℃	Classifications	Comments
Ag	Cu	Zn	Cd	Ni	Others
72.0	28.0	-	-	-	-	780	BAg8	고순도 Grade로 비철전자부품
							L-Ag72 BS1845-Ag7 BVAg8 Grade2	진공 브레이징용으로 사용됨. 카드뮴이나 아연이 견디지 못한 전자부품용
60.0	25.0	15.0	-	-	-	695~730	L-Ag50:Cd:Ni BS1845-Ag13	해수에 노출된 곳에 적합하며,접점이나 보석류,니켈, 모넬 브레이징용에 적합함
60.0	30.0	-	-	-	10.0Sn	600~720	BAg18	스테인리스로 브레이징용으로 개발됨. 고상선과 액상선이 길기 때문에 Liquation현상을 방지하기 위해 빠른 가열이 필요함
56.0	42.0	-	-	2.0	-	770~895	BAg13a	"
54.0	40.0	5.0	-	1.0	-	725~855	BAg13	"
50.0	20.0	28.0	-	2.0	-	660~705	BAg24	스텐의 입계 부식을 억제시키며 카바이드 브레이징용으로 다용된다. 저온 용재 합금임.
50.0	15.5	15.5	16.0	3.0	-	634~656	L-Ag50:Cd:Ni BS1845-Ag9	"
49.0	16.0	23.0	-	4.5	7.5Mn	680~700	BAg22	텅스텐 카바이드 브레이징에 고강도와 좋은 접착강도를 가짐.
40.0 25.0	30.0 38.0	28.0 33.0	- -	2.0 2.0	- 2.0Mn	660~780 710~810	BAg4 BAg26	" "

<표 2> 카드뮴없는 은 브레이징 합금(Cadmium Free Silver Brazing Alloys)

Composition				Temp Range ℃	Classifications	Comments
Ag	Cu	Zn	Sn
5	22	17	5	618~652	BAg7	카드뮴없는 합금 중 가장 낮은 용융점을 가짐. EF, EF45,EF2, EF40의 대체품임.
55	21	22	2	630~660	L-Ag55:Sn BS1845-Ag14	낮은 온도의 합금임.
45	27	25	3	640~680	BAg36	이상적인 범용 합금임.
45	30	25	-	665~745	BAg5	〃
40	30	28	2	648~709	BAg28/L-Ag40:Sn	〃
38	32	28	2	650~720	BAg34	이상적인 범용 합금임.
30	38	32	-	675~765	BAg20	〃
20	45	35	-	712~815		황동과 유사한 색상을 가짐. 또한 철과 강의 접합에 이상적임.

<표 3> 카드뮴 은 브레이징 합금(Cadmium Bearing Silver Brazing Alloys)

Composition					Temp	Classifications	Comments
Ag	Cu	Zn	Cd	Sn	Range ℃
50	15.5	16.5	18	-	625~635	BAg1A	낮은 융점을 가지며 철계, 비철계용으로
							적당하며 좋은 유동도와 접합강도를 가짐.
50	15.5	15.5	16	3	634~656	L-Ag50:Cd:Ni	스텐의 입계 부식을 억제시키며 초경 공구
						BS1845-Ag9	브레이징용으로 다용됨. 저융점 금속임.
45	15	16	24	-	605~620	BAg1	낮은 융점을 가지며 철계, 비철계용으로적당하며 좋은 유동도와 접합강도를 가짐.
42	17	16	25	-	608~617	BS1845/Ag2	〃
40	19	21	20	-	595~630	L-Ag40Cd	〃
35	26	21	18	-	605~700	BAg2	철계 및 비철계용, 좋은 유동도, 비교적 큰 Gap용
30	27	23	20	-	605~710	BAg2A	〃
25	35	26.5	13.5	-	607~745	BAg27	경제적인 Grade임. 좋은 접합부위 형성 Liquation 현상을 줄이기 위해 빠른 가열이 요구됨.

<표 4> 인 함유 브레이징 합금(Phosphorus Bearing Brazing Alloys)

Composition				Temp Range ℃	Classifications	Comments
Ag	Cu	P	Others
17.7	75	7.25	-	643	BCup-5/L-Ag15:P	매우 유동도가 좋으며 접합간격이 좁은 곳에 사용
15	80	5	-	643~801	BCup-5/L-Ag15:P BS1845-CR	접합간격이 큰 곳에 사용되며, 낮은 인을 함유하였기 때문에 스트레스가 많이 받은 부품에 적합
6	86.75	7.25	-	643~718	BCup-6	매우 유동도가 좋으며 접합간격이 좁은 곳에 사용
5	89	6	-	643~812	BCup-3	비교적 접합간격이 큰 곳에 사용되며, 진동을 받은 곳에 적당함
-	86.75	6.25	Sn 7.0	657~687		은을 함유하지 않으며, 좋은 유동도를 가짐. 브레이징 후 백색을 나타내며 주석 함유 때문에 대기중에 브레이징시 플럭스가 필요함.
-	85.3	6.2	Sn 7.0 Ni 1.5	674~696		〃
-	92.75	7.25	-	710~810	BCup-2/L-CuP:7	저가용이며 비교적 큰 Gap용임
-	91.75	8.25	-	714		저가용이며, Fos Flo 7보다 높은 유동도를 가짐.

<표 5 > 금, 파라디윰 브레이징 합금(Gold and Palladium Brazing Alloys)

Composition					Temp Range ℃	Classifications	Comments
Ag	Ni	Pd	Cu	Others
92		8	-		1198~1239	BVAu-8Grl	Mo, W, Ta, Super alloy용으로 연성, 내산화성용
82	18	-			948	BAu-4	SS, Inconell, Kover용, 815℃까지 내산화성 가짐.
82 81.5	18		16.5		948 909~924	BVAu-4Grl	Premabraze130과 유사하나 진공 적용융 연성이 유지되며 동, 니켈 Mo/Ni용
80 75			20 20		890 884~894	BVAu-2Grl	금-동 합금 중 최저 융점을 가지며 93℃ 이상에서는 연성 소멸Step-Brazing에 적합하며 좁은 용융구간을 가짐.
70	22	8			1006~1045	BAu-6	슈퍼 알로이, 스테인리스강용이며 고연성, 강도를 가짐.
60 60 50			37 20 50		859~899 834~844 954~969		금-동 합금보다 낮은 브레이징 온도 가짐. Step-Brazing용이며 좁은 용융구간 가짐. 동, 니켈, Mo/Mn 메탈라이징 세라믹용
50	25	25			1100~1120	BVAu-7Grl	내산화, 고강도용, 슈퍼 알로이용
40			60		979~999		50Au/50Cu와 유사
37.5			62.5		990~1015	BAu-1
35			65		980~1009		50Au/50Cu와 유사
35			62		973~1028	BAu-3	Ni, Mo, SS, Kovar용, 금 합금보다
							저가이며 저밀도용
		65		Co 35	1228~1234		저침투성
	40	60			1237		텅스텐, 니켈, 스테인리스강에 좋으며고강도용
30	36	34			1134~1164	BAu-5	슈퍼 알로이용, 내산화성 고강도용
		25	21	Ag 54	898~948	BVAg-32Grl	SS, inconell, Kovar용, 금 합금보다 저가이며 저밀도용
		15	20	Ag 65	849~899		SS, Cu, Kovar, Mo/Mn 메탈라이징 세라믹용
		10		Ag 90	1001~1064		Ni, SS, Mo, W용 Ti에 대한 빠른 브레이징이 요구될시
		10	32	Ag 58	823~899	BVAg-31Grl	Mo/Mn에 Cu, Ni, Kovar용, Vacuum tight joints에 양호
		5	27	Ag 68	806~809	BVAg-30Grl	Kovar, Mo, Mn 실링용

<표 6> 알루미늄 브레이징 합금(Aluminum Brazing Alloys)

Composition				Temp Range ℃	Classifications	Comments
AL	Cu	Si	Others
86.0	4.0	10.0	-	521~584	BAlSi-3	알루미늄 합금용이며 용융기간이 넓음.
88.0	-	12.0	-	577~582	BAlSi-4	알루미늄을 접합하기 위한 가장 범용 Grade임
75.2	4.0	10.2	10.6	516~562		비교적 저온이며 빠른 가열이 요구됨.

.

<표 7> 동계열 브레이징 합금(Copper Based Brazing Alloys)

Composition						Temp Range ℃	Classifications	Comments
Cu	Zu	Sn	Mn	Ni	Others
27.5	65.0	7.5	-	-	-	752-782		소결합금 브레이징용으로 사용
55.0	44.6	-	0.2	-	Si 0.2	875-890		강의 브레이징에 적합하며 대기중에서 사용됨
52.0	48.0	-	-	-	-	870-895		"
60.0	40.0	-	-	-	-	865-887	RBCuZN-C	"
55.0	35.0	-	4.0	6.0	-	879-917		카바이드 브레이징용
86.80	-	-	11.0	2.2	-	965		"
96.97	-	-	-	3.0	B 0.03	1081-1101	BS1845-Cu7	일반적으로 Gap이 큰 곳에 사용됨
								0.5m/m까지 가능하며 로 브레이징용임
52.50	-	-	38.0	9.5	-	880-925		카바아드 브래이징용으로 고강도임
87.0	-	-	10.0	-	Co3.0	960-1030		"
80.0	-	20.0	-	-	-	798-890		순동보다 낮은 온도 요구시 적합하며 Liquation현상을 피하기 위해 빠른 가열이 필요함
92.0	-	7.7	-	-	P 0.3	881-1036		"
95.0	-	4.7	-	-	P 0.3	953-1048	Cu:Sn6	"
99.9	-	-	-	-	-	1082		Gap이 Tight한곳에 주로 사용됨

<표 8> 니켈 브레이징 합금(Nickel Brazing Alloys)

Composition							Temp Range ℃	Comments
Ni	Cr	Fe	Si	B	P	Co
73.1	14.0	4.5	4.5	3.2	-	0.7	975~1040	스텐, 니켈, 코발트 합금용 고강도용
73.8	14.0	4.5	4.5	3.2	-	-	975~1080	"
82.3	7.0	3.0	4.5	3.2	-	-	970~1000	"
91.8	-	0.5	4.5	3.1	-	-	980~1040	"
93.1	-	1.5	3.5	1.8	-	-	981~1064	"
89.0	-	-	-	-	11.0	-	875	저융점 합금임
75.9	14.0	-	-	-	10.1	-	887	"

<표9> 세라믹 접함을위한 합금( Alloys for the Joining of Ceramics)

Composition					Temp Range ℃	Comments
Ag	Cu	Ni	In	Ti
61.5	24.0	-	14.5	*	625-705	일반적으로 진공이나 알곤, 헬륨 분위기용임
71.5	28.0	0.5	-	*	780-795	"
72.0	28.0	-	-	*	780	"

 

브레이징 플럭스

브레이징 플럭스(Brazing Flux)를 사용하는 주된 목적은 산화(Oxidation)로부터 용가재(Filler Metal)와 모재를 방어함으로써 올바른 브레이징 접합면을 얻게 하는 것이다.
일반적으로 금속이 공기에 노출될 때 화학반응이 진행되며 온도가 올라갈수록 그 정도가 심하다. 따라서 금속과 금속을 접합해야 한다면 자연히 온도를 올려야 되고 공기와 접촉이 되기 때문에 화학적 반응이 이루어질 것이다. 따라서 이러한 현상에 대처하기 위하여 플럭스가 필요하다. 참고로 플럭스란 산화물이나 그밖의 불필요한 물질을 직접 분해하거나 또는 제거시키거나 생성 자체를 방지하기 위하여 사용되는 재료를 칭한다.
플럭스의 주요 기능은 다음과 같다.
- 산화물을 분해하거나 흡수하는 역할
- 가열시 모재표면의 산화 억제
- 용재 유동도 증가
- 온도 지시
- 용가재(Filler Metal)의 젖음성(Wetting Action) 향상
또한 플럭스 선택시 고려해야 할 사항은 다음과 같다.
- 모재의 종류
- 가열시간과 온도
- 용가재의 종류
- 모재의 크기
- 플럭스 형태
- 도포방법
- 플럭스의 가격
- 브레이징후 후처리방법
<표 1>은 플럭스의 주요 종류를 나타낸 것이다.

<표 1> 주요 브레이징 플럭스 종류(Brazing Handbook)

AWS 분류	형태	사용 용가재(AWS규격)	주요 원소	적 용	활동온도구(℃)	사용 모재
FB1-A	Powder	BALSi	Fluoride Chlorides	토치 또는 로 브레이징용	560-615	브레이징 가능한 알루미늄합금
FB1-B	Powder	BALSi	Fluorides Chlorides	로 브레이징용	560-615	〃
FB1-C	Powder	BALSi	Fluorides Chlorides	BALSi 용재와 함께 침지 브레이징용	540-615	〃
FB2-A	Powder	BMg	Fluorides Chlorides		480-620	제한된 마그네슘합금
FB3-A	Paste	BAg and Cup	Borates Fluorides	알루미늄 브론즈를 제외한 철계 및 비철계 범용용	565-870	알루미늄 또는마그네슘을 함유하지 않는 철계 및 비철계용, 카바이드 브레이징용
FB3-C	Paste	BAg and BCup	Borates Fluorides Boron	3A와 비슷하나 더 높은가열시간과 온도요구될 때	565-925	〃
FB3-D	Paste	BAg, BCu,BNi, BAu, and RBCuZn	Borates Fluorides	3C보다 고온용	760-1205	〃
FB3-E	Liquid	BAg and BCup	Borates Fluorides	보석류 접합이나 로 분위기 증진용	565-870	FB3-D와 동일
FB3-F	Powder	BAg and BCup	Borates Fluorides	3A와 유사하나 분살형태임	650-870	〃
FB3-G	Slurry	BAg and BCup	Borates Fluorides	3A와 유사하나 Slurry형태	565-870	〃
FB3-H	Slurry	BAg and BCup	Borates Fluorides Boron	〃	565-925	〃
FB3-I	Slurry	BAg, BCu,BNi, BAu and RBCuZn	Borates Fluorides	〃	760-1205	〃
FB3-J	Powder	BAg, BCu,BNi, BAu and RBCuZn	Borates Fluorides	3A와 유사하나 Slurry형태	760-1205	〃
FB3-K	Liquid	BAg, BCup, and RBCuZn	Borates	토치 브레이징용으로 주로 사용되며 가스와 섞여서 공급됨	760-1205	〃
FB4-A	Paste	BAg and BCup	Chlorides Fluorides Borates	난용성 산화물을 형성하는 금속을 포함한 많은 합금을 위한 범용	595-870	알브라스, 알브론즈,모넬, K500용

브레이징 분위기
(Brazing Atmosphere)

브레이징하는 동안 산화물 생성을 억제시키는 것이 중요하다. 따라서 산화물을 억제시키는 분위기를 형성하면서 가열을 하는 것이 좋은 방법 중의 하나일 것이다.
이러한 점에 착안하여 브레이징 분위기(Brazing Atmosphere)를 형성하여 브레이징하는 방법을 고안하였으며 플럭스와 마찬가지로 산화물, 그리스, 오일 등 불순물을 제거하는 기능을 갖지 못한다.
분위기 브레이징을 하는 경우 소량의 플럭스가 필요한 경우가 있으나 일반적으로 분위기 브레이징제품의 경우 세척(cleaning)이 필요없다. 대부분 분위기 브레이징의 경우 고온에서 행해지며 플럭스를 사용하는 브레이징보다 다음과 같은 이점이 있다.
- 대단히 깨끗한 브레이징 면을 얻을 수 있으며 제품 그 자체로 세척없이 사용 가능하다.
- 대단히 복잡한 제품(예;Heat Exchanger, thrust chamber, honeycomb sandwich structure etc)의 브레이징이 가능하다.
- 플럭스가 잘 빠져 나갈 수 없는 브레이징 면을 가진 제품에도 적합하다.
일반적으로 브레이징 분위기는 다음 3가지로 사용된다.
① 가스 분위기만 사용
② 가스 분위기/플럭스 사용
③ 진공/가스 분위기 사용

●분위기 적용

일반적으로 분위기가 적용되는 곳은 로(Furnace)이다.
물론 유도 가열(Induction Heating) 등 다른 곳에서 서로 국부적으로 사용하나 대부분 분위기 로(Atomsphere furnace)용으로 다용된다.
주요 분위기는 <표 2>와 같다.

<표 2> 브레이징에 사용되는 주요 분위기

원 료	최고 DEW POINT	조성(%)				용 재	모재
		H2	N2	CO	CO2
① 연소연료가스(저수소)	상온	05월 01일	87	05월 01일	11월 12일	BAg, BCup RBCuZn	동, 황동 동, 황동
② 연소연료가스(탈탄)	상온	14-15	70-71	09월 10일	05월 06일	Bcu, BAg, BCup RBCuZn	저니켈 모넬,중탄소강
③ 연소연료가스(건조)	-40℃	15-16	73-75	10월 11일		Bcu, BAg, BCup RBCuZn	저니켈 모넬, 중탄소강 중고 탄소강, 모넬 니켈합금
④ 연소연료가스(탈탄 건조)	-40℃	38-40	41-45	17-19		Bcu, BAg, BCup RBCuZn	저니켈 모넬, 중탄소강 중고 탄소강
⑤ 분해 암모니아	-54℃	75	25			Bcu, BAg, BCup BCuZn, BNi	①, ②, ③, ④에 추가하여 크롬 함유 합금
⑥ N2+H2	-68℃	01월 30일	70-79			〃	③번과 같음
⑦ N2+H2+CO	-29℃	02월 20일	70-79			〃	④번과 같음
⑧ N2	-68℃		100			〃	③번과 같음
⑨ 탈산소	-59℃	100				〃	⑤번, 코발트, 텅스텐
⑩ 건조 수소							합금 카바이드

]●주요 분위기 인자의 역할

■수소(Hydrogen, H2)
고온에서 대부분의 금속 산화물의 생성을 억제하는 강력한 인자이다.
수소는 때론 몇몇 모재에 수소취성(Hydrogen embrittlement)을 일으키기도 한다.

■일산화탄소(Carbon Monoxide, Co)
일산화탄소는 고온에서 철, 니켈, 코발트, 동의 산화물 생성을 억제하는 인자이며 때로는 탄소(Carbon)를 공급하는 인자로도 사용된다. 이 일산화탄소는 독성(Toxic)이 있기 때문에 반드시 배기 및 통풍에 주의해야 한다.

■이산화탄소(Carbon Dioxide, Co2)
이산화탄소는 브레이징 분위기에서 광범위하게 존재하는 인자이며 Co/Co2의 적정한 비율은 강의 브레이징에 있어서 분위기 안정을 위함과 아울러 탈탄을 방지하기 위하여 필요하다. 고온에서는 Co가 더 안정하며 저온에서는 Co2를 형성한다.

■질소(Nitrogen, N2)
질소는 로내의 공기를 치환하기 위하여 사용되어진다. 질소는 대부분의 금속과 불활성(Inert)이나 Cr, Mo, Ti, Zr 등과 같이 질화 가능성이 있는 금속은 고품위 질소를 사용해야 한다. 질소는 대단히 안전하며 폭발성이 없고 가연성도 아니다.

■수증기(Water Vapor, H2O)
수증기의 양은 이슬점(Dew Point)에 의해 표시된다. 이슬점은 가스내의 수분이 응축하는 온도를 나타낸다. <표 3>는 이슬점 온도와 수분함량을 나타낸 것이다.
수증기는 일반적으로 브레이징하는 동안 필요없으며 많은 양의 수증기가 존재할 때 탈탄이나 산화의 원인이 되기도 한다.

<표 3> 이슬점과 수분함량과의 관계

이슬점 온도(℃)	수분함량(체적 %)	수분함량(ppm)
8	0.15	1500
-34	0.0329	329
-51	0.0055	55
-62	0.0014	14
-73	0.0002	2

■산소(Oxygen, O2)
산소는 브레이징 분위기에서 항상 불필요한 인자이다.

■황(Sulfur, S)
황은 분위기에서는 백해 무익하며 여러 경로를 통해서 분위기에 유입된다.

■진공(Vacuum)
<표 4>는 진공 분위기를 나타낸 것이다.

<표 4> 진공 분위기(Vacuum Atmosphere)

AWS 분위기 Type	진공압력	용재	모재
10	2torr 이상	BCup, BAg	동
10A	0.5∼2torr	BCu, BAg	저탄소강, 동
10B	0.001∼0.5torr	BCu, BAg	탄소 및 저합금강, 동
10C	1×10-3torr 이하	BNi, BAg, BALSi, Ti합금	내부식강, 알루미늄, 티타늄, 지르코늄, 난용성 금속

진공 브레이징은 매우 크고 긴 곳의 브레이징에 적합하다. 특히 플럭스가 브레이징후 제거하기 곤란한 곳이나 가스 분위기가 침투하기 곤란한 Tihgt한 곳에 적합하다.
또한 진공 브레이징은 타이타늄, 지르코늄, 니오비늄, 몰리브데늄, 탄탈뮴 등을 포함한 많은 동종 또는 이종 금속의 접합에 적합하다.
이러한 합금의 특징은 소량의 가스 분위기와도 브레이징 온도에서 반응하여 취성을 만들거나 분해된다.
이러한 합금들은 고순도의 활성가스(Inert Gas) 분위기에서도 브레이징이 가능하다.
진공 브레이징은 기본적으로 브레이징부분에 모든 가스를 제거하며 또한 산화가 일어나지 않는 수준으로 유지된다. 상업적으로 사용되는 압력은 10-4∼10-6torr이다.
진공상태에서 몇몇 산화물은 브레이징 온도에서 분해된다. 실제로 스테인리스강, 슈퍼 알로이, 알루미늄합금 및 난용성 합금 등의 브레이징시 광범위하게 사용된다.

 

출처 - 네이버 지렁이님의 블로그 http://blog.naver.com/supdra?Redirect=Log&logNo=120004698309